AcroMedia媒體服務器的設計與實現

張華琳，萬　翔，高璽璟

(河北遠東通信系統工程有限公司，河北 石家莊050200)

?

AcroMedia媒體服務器的設計與實現

張華琳，萬翔，高璽璟

(河北遠東通信系統工程有限公司，河北 石家莊050200)

摘要媒體服務器是下一代網絡平臺中提供多媒體資源的關鍵設備。提出一種基于DSP的可擴展、高性能的AcroMedia媒體服務器的設計實現方法。闡述了AcroMedia的系統架構，并詳細描述了硬件關鍵技術和MCU的工作原理，闡述了軟件模塊劃分以及DSP資源的控制流程。根據設計實現的AcroMedia媒體服務器，不僅實現了媒體服務器的基本功能，并且提供大容量的語音會議資源和高清視頻會議資源。AcroMedia媒體服務器的插板擴充設計，滿足NGN網絡部署時對不同容量媒體資源的要求，具有高穩定性和可靠性。

關鍵詞媒體服務器；媒體主控單元；媒體處理單元；DSP

0引言

媒體服務器是在控制設備(軟交換設備或應用服務器)的控制下，提供IP網絡中實現各種業務所需的資源功能，同時具有資源提供能力、與其他實體進行通信的功能以及資源的管理、維護功能。提供資源能力是指媒體服務器提供的資源，包括：DTMF信號的采集與解碼、信號音的產生與發送、錄音通知的發送、會議和語音的合成等，所有的專業資源具有資源標識，如信號音標識、錄音通知標識和DTMF接收器標識等[1]。AcroMedia媒體服務器具有與網絡中的軟交換設備、應用服務器、媒體網關、IP電話和網管中心等實體的接口，通過這些接口發布或接收相關消息，檢查消息格式，進行協議轉換處理。AcroMedia媒體服務器可以以本地、遠程2種方式提供對媒體資源以及設備本身的維護和管理，包括媒體資源的編輯、數據庫配置、狀態監控和故障管理等[2,3]。本文提出了一種支持高清視頻的容量靈活可配的插卡式媒體服務器的設計實現方案，以適應不同行業應用部署要求。

1總體設計方案

AcroMedia媒體服務器采用機箱插卡式設計，最大支持4 320個全雙工媒體處理口，支持1 440個三方會議，支持12路高清視頻，圖像幀率調節范圍1～30幀，最大支持16分屏。

1.1硬件設計

媒體服務器采用19英寸2U機箱結構形式，布局形式如圖 1所示。板件主要由背板BP、主控單元MCU、媒體處理單元MSU、電源告警單元PSU/ALU和風扇單元FAN組成。

媒體服務器包括2個公共槽位，可以插MCU公共控制板，實現主備冗余；6個外圍槽位可以插MSU媒體資源板，提供語音及視頻的編解碼資源。MCU公共控制板的主要功能包括：MCU與MSU之間的業務及信令的交換及路由；完成媒體服務器的操作維護管理功能；完成故障檢測、定位和隔離；完成系統復位功能；支持板卡上電自檢，能夠對關鍵芯片進行檢測。MSU的主要功能包括提供媒體資源和完成音頻視頻編解碼轉換。

圖1　媒體服務器機箱結構

1.2軟件設計

媒體服務器系統軟件架構圖如圖2所示。主要包括：MCU公共服務子系統、MCU媒體控制應用子系統和DSP控制子系統等3個子系統。

圖2　媒體服務器系統軟件架構

1.2.1MCU公共服務子系統

MCU公共服務子系統主要包括以下功能單元[4]：

① 系統管理：主要負責系統的初始化、任務的啟動和監控；

② 網絡通信：為任務提供收發消息相關的API；

③ 內存管理：提供對內存池和內存塊的管理；

④ 定時器：主要負責定時器的啟動、停止，定時器隊列的管理；

⑤ 數據配置：負責接收來自配置終端發來的指令，執行相應操作，返回執行結果；

⑥ 維護管理：負責接收維護終端發來的指令，執行相應操作，返回執行結果。

1.2.2MCU媒體控制應用子系統

MCU媒體控制應用子系統是媒體服務器的核心控制子系統，解析來自外部軟交換或應用服務器的SIP(+MSML)消息，作為一個獨立進程，主要包括2個線程[5]：① SIP協議棧/SIP UA，負責媒體服務器與軟交換或應用服務器交互的INVITE、200 OK、ACK、INFO和OPTION等SIP消息的編、解碼；② 會話處理進程，負責會話流程的控制管理[6]。會話處理進程可以細分為3個子功能：

① License管理：主要負責媒體服務器License的管理控制，并記錄當前媒體服務器的資源使用情況，即端口占用數量、會議開啟數量等；

② 會話狀態機：主要是通過對媒體通道的管理，配合完成各項媒體業務的實現；

③ MSML編解碼器：負責媒體服務器與軟交換或應用服務器交互的MSML控制語言消息體的編、解碼。

1.2.3DSP控制子系統

DSP控制子系統接受MCU媒體控制應用子系統的控制，完成對媒體業務的實現，作為一個獨立進程，主要包括3個線程：

① 業務和資源管理：分為邏輯業務管理和資源管理統計2部分，邏輯業務管理模塊負責分配的音頻、視頻、數據、音頻會議和視頻會議的邏輯控制；資源管理統計模塊完成對多片DSP設備的管理、資源分配和資源統計。

② 業務實現：業務實現對Octasic API進行封裝，實現單一的業務功能，音頻處理負責放音、錄音、音檢測和音生成等；視頻處負責視頻播放、錄制；數據處理組分傳真；會議處理負責多方音頻會議、各種方式的視頻會議實現；其他處理負責DSP設備管理類的，如握手消息和資源管理消息等[7]。

③ Event處理：負責處理DSP芯片主動上報的消息，如各種音檢測和定時握手等，上報給業務和資源管理。

2關鍵技術

2.1MCU和MSU關系

媒體服務器有2種關鍵板卡：媒體控制單元MCU和媒體處理單元MSU，它們的之間的連接關系如圖3所示。

圖3　MCU和MSU連接關系

MCU通過各種總線控制MSU，完成媒體服務器的系統功能。媒體服務器支持的3種背板總線：SGMII總線、SRIO總線和I2C總線。不同槽位的板卡通過背板連接到一起，實現媒體服務器的功能。其中SGMII總線、SRIO總線和I2C總線都集中到MCU，構成雙星型總線結構。

① 每個MSU的2條SGMII通過背板分別與主備MCU連接，構成雙星型結構，完成以太網數據包的交換或路由；

② 每個MSU的2條SRIO通過背板分別與主備MCU連接，構成雙星型結構；

③ 媒體服務器的背板通過I2C總線，完成MCU、BPU、FAN和PSU/ALU槽位間告警、狀態、維護消息的傳遞。

2.2硬件MCU公共控制單元實現

公共控制單元的邏輯功能框圖如圖4所示。MCU板包括處理器模塊和交換模塊2個子模塊。

圖4　MCU組成結構

處理器模塊包括P4080處理器最小系統和邏輯控制單元。處理器最小系統單元完成呼叫信令處理、資源管理、傳輸承載控制以及軟件更新、日常網管、初始化流程功能等操作維護功能，并能實現對媒體服務器內部環境溫度的監控。處理器單元提供千兆的主備數據備份通道，完成主備MCU間的數據備份；提供I2C接口完成板間操作維護信息傳輸；提供I2C接口與PSU/ALU相連，通過該接口獲取外部告警箱上報的外部環境狀態信息。邏輯控制單元完成對單板的邏輯控制、主備切換邏輯以及對MSU的上電控制、遠程復位控制以及對風扇的控制。

交換模塊完成內部各個功能板卡之間的業務、控制及OAM信息交換或路由。MCU的交換模塊支持2種總線接口：SGMII總線接口和SRIO總線接口。MCU的交換模塊包括SGMII交換單元和SRIO交換單元。所有的業務、控制及OAM信息均通過SGMII交換單元交換，而SRIO交換作為業務信息交換的備用通道。

SGMII交換單元可提供16個SGMII端口，其中有6個SGMII端口用于與MSU板的連接，1個SGMII端口和冗余MCU連接。SGMII交換單元根據SGMII端口上傳來的IP數據包的目標MAC地址來確定該數據包的目的端口。

SRIO交換單元可提供16個1X SRIO端口，其中6個1X SRIO用于與BPU板連接，1個1X SRIO端口用于與冗余MCU連接。

MCU需要主備備份，因此2種總線接口的外圍交換節點需要連接到主備2塊主控板，鏈路主備狀態由主控板決定，并通過專用指示信號傳遞到外圍交換節點。

業務數據通過SGMII交換單元中BPU對應的端口進行交換。控制數據經過SGMII交換單元從EPC交換到主處理器單元，經過主處理器單元的解析處理后再通過SGMII交換單元發送給BPU。MCU的主處理器單元與各單板的OAM信息通過SGMII交換單元交換到各單板

3軟件實現流程

3.1資源申請流程

資源申請處理流程如圖5所示。

圖5　資源申請流程

資源申請處理流程如下：

步驟1MCU媒體控制應用子系統向DSP控制子系統發送資源申請；

步驟2業務管理模塊根據資源類型，分配內存并加入管理鏈表，向資源管理模塊申請資源分配，資源管理模塊為其指定DSP ID；

步驟3向功能實現任務發送資源申請，功能實現模塊調用Octasic API實現功能；

步驟4功能實現任務發送RSP給業務管理；

步驟5業務管理模塊通知資源管理模塊資源申請成功，資源管理模塊進行資源統計；

步驟6業務管理發送RSP給MCU媒體控制應用子系統。

3.2資源釋放流程

資源釋放處理流程如圖6所示。

圖6　資源釋放流程

資源釋放處理流程如下：

步驟1MCU媒體控制應用子系統向DSP控制子系統發送資源釋放；

步驟2業務管理模塊向功能實現任務發送資源釋放，功能實現模塊調用Octasic API釋放分配的資源；

步驟3功能實現任務發送RSP給業務管理；

步驟4業務管理模塊通知資源管理模塊資源釋放成功，資源管理模塊進行資源統計；

步驟5業務管理發送RSP給MCU媒體控制應用子系統。

3.3資源修改流程

資源修改處理流程如圖7所示。

圖7　資源修改流程

資源修改處理流程如下：

步驟1MCU媒體控制應用子系統向DSP控制子系統發送資源修改，如播放信號音、停止播放，開始錄音、停止錄音等；

步驟2功能實現模塊調用Octasic API實現業務功能；

步驟3功能實現任務發送RSP給業務管理；

步驟4業務管理發送RSP給MCU媒體控制應用子系統。

4媒體服務器的測試

本系統的測試依據是《YD/T 1389-2005 基于軟交換的媒體服務器測試方法》[8]。測試環境如圖8所示。

圖8　媒體服務器測試環境

測試設備包括：1臺AcroSwitch S6000軟交換機作為媒體服務器的控制者、1臺Sprient Abacus 5000呼叫模擬器、多個視頻電話終端、1臺帶視頻功能的調度臺和多個IP話機。

測試方法如下：通過編寫測試腳本和軟交換機的會議功能配置，讓呼叫模擬器發起呼叫的媒體流均通過媒體服務器；讓調度臺觸發會議業務，與多個視頻電話形成多方視頻會議；在軟交換機上配置多種需要用到媒體服務器相關功能的業務，并用IP話機觸發。

測試結果表明，AcroMedia實現了DTMF信號音、會議、錄音和放音等功能，同時支持不同編解碼格式的語音及視頻編解碼轉換，實現1080P的高清視頻會議；AcroMedia媒體服務器采用插卡式設計，會議容量的大小與卡的數量有關，因此可以很容易控制其容量，單塊媒體處理卡支持120個會議室，每個會議可以支持80路。對于應用服務器的響應時間，根據測試其平均響應時間<200 ms，優于技術指標要求。

5結束語

AcroMedia媒體服務器采用插卡式設計，通過增減MSU媒體資源板，滿足多種容量的配置需求。通過增加硬件媒體資源卡實現容量的擴充，可比軟件方式減少CPU的開銷，提高運行效率；采用簡潔易擴充的SIP協議，使得AcroMedia媒體服務器易于在應用服務器控制下實現多樣化業務，組網更靈活，擴充更方便。AcroMedia媒體服務器已在視頻調度系統和視頻會議系統中廣泛應用，并取得了良好的效果。后續可在邏輯資源管理和音視頻使用效率方面深入研究，使得媒體資源可控并充分發揮作用。

參考文獻

[1]YD/T 1386-2005.基于軟交換的媒體服務器技術要求[S].

[2]雷正雄,朱曉民,廖建新.下一代網絡中媒體服務器的設計與實現[J].現代電信科技,2004(10):46-48.

[3]李恒.基于軟交換的媒體服務器的設計與實現[D].上海:東華大學,2008:29-51.

[4]齊幸輝,張庚,劉革.一種輕量級低成本媒體服務器的研制[J].無線電工程,2014,44(2):1-4.

[5]王政光.IP媒體服務器控制協議的探討[J].通訊世界,2008(12):70-71.

[6]何萬祥.媒體服務器控制應用編程接口的研究與實現[D].北京:北京郵電大學,2009:7-74.

[7]姜榮貴.基于軟交換的媒體服務器的系統結構[J].重慶工商大學學報(自然科學版),2007(8):342-345.

[8]YD/T 1389-2005.基于軟交換的媒體服務器測試方法[S].

張華琳女，(1976—)，高級工程師。主要研究方向：通信系統與信息技術。

萬翔男，(1978—)，高級工程師。主要研究方向：通信系統與電路設計。

引用格式：張華琳,萬翔,高璽璟.AcroMedia媒體服務器的設計與實現[J].無線電工程,2016,46(1):20-24.

Design and Implementation of AcroMedia Media Server

ZHANG Hua-lin,WAN Xiang,GAO Xi-jing

(HebeiFar-EastCommunicationSystemEngineeringCo.,Ltd.ShijiazhuangHebei050200,China)

AbstractMedia server is the key equipment to provide multimedia resources for NGN,this paper presents the design and implementation of a DSP-based ,scalable and high-performance AcroMedia media server.The system architecture of AcroMedia,key technology of hardware and operating principle of MCU are described,and the software module partition and control flow of DSP resources are introduced.According to the design,AcroMedia can not only realize the basic functions of media server,but also provide large-capacity voice conference resources,high-definition video conference resources.Due to the card-plug-in design,AcroMedia can meet the requirements of different-capacity media resources in NGN deployment,and has high stability and reliability.

Key wordsmedia server;MCU;MSU;DSP

作者簡介

收稿日期：2015-10-22

中圖分類號TN919

文獻標識碼A

文章編號1003-3106(2016)01-0020-05

doi:10.3969/j.issn.1003-3106.2016.01.05